碳酸鈉與硝酸鉀混合熔劑測(cè)高碳鉻鐵中的硅

王利利（天津冶金集團(tuán)軋三鋼鐵有限公司，天津301606）

碳酸鈉與硝酸鉀混合熔劑測(cè)高碳鉻鐵中的硅

王利利
（天津冶金集團(tuán)軋三鋼鐵有限公司，天津301606）

[摘要]采用無(wú)水碳酸鈉與硝酸鉀混合熔劑代替過(guò)氧化鈉等強(qiáng)堿性熔劑測(cè)定高碳鉻鐵中硅的含量，樣品在鎳坩堝中860℃熔融10min，能夠完全熔解，無(wú)殘余，熔塊易于浸取。采用鉬藍(lán)法進(jìn)行硅的測(cè)定，解決了氫氧化鈉、氫氧化鉀、過(guò)氧化鈉等熔劑因含有空白值對(duì)低含量硅測(cè)定結(jié)果造成的不良影響。

[關(guān)鍵詞]無(wú)水碳酸鈉；高碳鉻鐵；混合熔劑；鉬藍(lán)法；硅

spectrophotometeric method

1　引言

高碳鉻鐵通常是碳含量為6.00%~10.00%，鉻含量在50%以上的合金。由于高碳鉻鐵中的碳和氮與鉻形成了非常穩(wěn)定的碳化物與氮化物，所以高碳鉻鐵不易被硝酸、鹽酸、硫酸溶解[1]。氫氟酸對(duì)高碳鉻鐵有較強(qiáng)的分解能力，但是用于測(cè)定硅，如過(guò)程控制不好，會(huì)造成硅的揮發(fā)損失。為了能使試樣分解完全，同時(shí)提高測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度，通常采用堿熔法分解高碳鉻鐵。常用的堿性熔劑有NaOH、KOH和Na2O2等，但市售的試劑通常含有一定的空白值，影響測(cè)定結(jié)果。無(wú)水碳酸鈉的熔點(diǎn)為852℃，分解溫度在900℃左右，對(duì)硅酸鹽是很有效的熔劑，而且容易提純，廉價(jià)，可滿足一般熔樣要求[3]。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，加入KNO3不但可以降低其熔點(diǎn)與反應(yīng)的劇烈程度，還可以防止飛濺，比單獨(dú)使用無(wú)水碳酸鈉更有利試樣的熔融，在860℃的條件下試樣完全可以分解，故選用無(wú)水Na2CO3與KNO3混合熔劑[4-5]。

2　分析測(cè)定

2.1所用試劑（分析純）

無(wú)水碳酸鈉；硝酸鉀；硫酸：1+1；亞硫酸鈉溶液：100 g/L；鉬酸銨溶液：50 g/L；草酸溶液：50 g/L；硫酸亞鐵銨溶液：60 g/L，稱取6g硫酸亞鐵銨于燒杯中，加1 ml硫酸（1+4）潤(rùn)濕，加適量水溶解，用水稀釋至100 ml，過(guò)濾后使用；硅標(biāo)準(zhǔn)溶液[6]，0.500 mg/ml，稱取0.534 8 g二氧化硅（質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.9%，預(yù)先在1 000℃灼燒1 h）置于鉑坩堝中，加5 g無(wú)水碳酸鈉，混勻，于1 000℃高溫爐中熔融15~20 min，冷卻后將坩堝置于塑料燒杯中，用沸水浸取融塊，用水洗凈坩堝，冷卻至室溫，移入500 ml容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻，于塑料瓶中保存；標(biāo)準(zhǔn)樣品：高碳鉻鐵標(biāo)樣GSB 2011-4（中信錦州金屬股份有限公司）。

2.2分析步驟

2.2.1試料處理

稱取試料0.100 0 g（隨同試料做空白試驗(yàn)）置于已裝好4 g無(wú)水碳酸鈉與1 g硝酸鉀的鎳坩堝中，攪拌均勻，再覆蓋2 g無(wú)水碳酸鈉，由低溫開始逐漸室溫至86 0℃，熔融10 min，至試料完全熔解[7-8]。冷卻于塑料燒杯中，用熱水浸出熔塊，洗凈坩堝，用硫酸（1+1）中和溶液呈中性，并過(guò)量8 ml，滴加亞硫酸鈉溶液（100 g/L）將六價(jià)鉻還原成三價(jià)鉻，煮沸2 min，除去過(guò)量亞硫酸，冷卻至室溫，移入250 ml容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。

2.2.2顯色

分取10.00 ml試液2份于100 ml容量瓶中，一份做顯色溶液，一份做參比溶液。顯色溶液：加20 ml水和5 ml鉬酸銨（50 g/L）溶液，混勻。放置15~20 min，加10 ml草酸溶液（50 g/L）和5 ml硫酸亞鐵銨溶液（60 g/L），用水稀釋至刻度，混勻；參比溶液：加20 ml水和10 ml草酸溶液（50 g/L），混勻。加5 ml鉬酸銨（50 g/L）溶液和5ml硫酸亞鐵銨溶液（60 g/L），用水稀釋至刻度，混勻。

2.2.3測(cè)量

將顯色液移入1 cm比色皿中，在分光光度計(jì)上于810 nm處測(cè)量吸光度，減去空白實(shí)驗(yàn)的吸光度，從工作曲線查得硅的含量。

2.2.4標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

稱取7份與試料中含鐵相近的低硅純鐵按照上述方法進(jìn)行熔融分解，并制成相應(yīng)的母液，依次加入0、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00和12.00 ml的硅標(biāo)準(zhǔn)溶液，移入250 ml容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻。測(cè)量吸光度，以硅的含量為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制工作曲線。

2.2.5結(jié)果計(jì)算

按下式計(jì)算硅的含量，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示：

式中，w（Si）為硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；V為試液的總體積，ml；V1為分取試液的體積，ml；m為試樣質(zhì)量，g；m1為從工作曲線查得的硅的質(zhì)量，mg/ml。

3　熔劑的選擇

3.1不同熔劑空白值的比較

分別取天津某化學(xué)試劑廠生產(chǎn)的不同批次的分析純?cè)噭㎞aOH（NaOH%≥96）、KOH（KOH%≥ 92）、Na2O2（Na2O2%≥92）、Na2CO3（Na2CO3%≥99.5）與KNO3（KNO3%≥99.0）按照上述方法做空白實(shí)驗(yàn)，所得結(jié)果見表1、圖1。

表1　不同熔劑的空白值

由表1、圖1可知，NaOH、KOH、Na2O2的含硅空白值明顯大于Na2CO3與KNO3，尤其Na2O2空白值最為明顯，所以對(duì)于低硅高碳鉻鐵硅的測(cè)定選用無(wú)水Na2CO3與KNO3混合熔劑。

3.2熔融溫度與時(shí)間的選擇

稱取0.100 0 g高碳鉻鐵標(biāo)樣GSB 2011-4（w （Si）=4.89%），選取不同熔融溫度和時(shí)間，按照分析方法進(jìn)行試驗(yàn)，所得結(jié)果見圖2、表2、表3、圖3。

4　結(jié)果與討論

圖1　不同熔劑的空白值

圖2　不同熔融溫度的影響

表2　不同熔融溫度的影響

由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熔融溫度偏低時(shí)，樣品分解不完全，造成測(cè)定結(jié)果偏低，原因是溫度沒(méi)有達(dá)到無(wú)水碳酸鈉的熔點(diǎn)，復(fù)分解反應(yīng)發(fā)生不完全，造成樣品殘余。當(dāng)熔融溫度過(guò)高時(shí)，熔劑對(duì)坩堝有嚴(yán)重的腐蝕，雜質(zhì)增多，熔塊不宜浸取，而且還容易噴濺，反應(yīng)過(guò)程很難控制，造成測(cè)量結(jié)果偏差

表3　不同熔融時(shí)間的影響

圖3　不同熔融時(shí)間的影響

較大。綜和以上因素考慮，選定熔融溫度為860℃，所得測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值在誤差范圍內(nèi)，而且熔融效果比較理想（見表2、圖2）。在此溫度條件下，按照上述方法進(jìn)行時(shí)間試驗(yàn)的選擇，據(jù)所得結(jié)果（見表3、圖3）來(lái)看，熔融時(shí)間為10~15 min比較滿意。綜合節(jié)省時(shí)間，減小對(duì)坩堝的腐蝕，節(jié)約能源等方面的原則，選取熔融溫度為10 min。

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Measurement of Silicon in High Carbon Ferrochrome with Sodium Carbonate and Potassium Nitrate Mixed Flux

WANG Li-li (Tianjin Metallurgy Group Zhasan Steel Company Limited, Jinghai County, Tianjin 301606, China)

AbstractWater free sodium carbonate and potassium nitrate mixed flux was adopted to substitute strong

alkaline flux such as sodium peroxide for measuring the silicon content of high carbon ferrochrome. The

sample was heated to 860℃in nickel crucible for 10 minutes so that it could melt down completely without

any residue, and easily picked up. The silicomolybdate blue spectrophotometeric method was taken to

measure silicon content which eliminated the bad effect on the measurement result caused by blank value in

fluxes such as sodium hydroxide, potassium hydroxide and sodium peroxide.

Key wordswater free sodium carbonate; high carbon ferrochrome; mixed flux; silicomolybdate blue

作者簡(jiǎn)介：王利利（1988—），男，主要從事鋼鐵冶金原材料化學(xué)分析工作。

收稿日期：2014- 11- 10修回日期：2014- 11- 28

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2015.02.016